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《北京化工大学》 2015年
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碱预处理对埃塞俄比亚画眉草厌氧消化产气性能的影响

楚夫(WACHEMO,AKIBER CHUFO)  
【摘要】:厌氧消化技术可将生物质废弃物转化为可再生的生物能源。每年在世界不同地区会生产大量的农业废弃物。在非洲,画眉草是主要生产粮食作物,美国和一些欧洲国家也都有大量的画眉草产生。画眉草已成为一种新的木质纤维素生物质的潜在来源,可通过厌氧消化技术转化为生物甲烷。然而,画眉草中大量木质纤维素化合物使微生物的水解受到限制,从而降低了生物甲烷的厌氧消化速度。在厌氧消化过程之前,对木质纤维素生物质的进行预处理,可以提高秸秆类生物质的水解速率和生物甲烷的转化率。在本研究中,采用NaOH和KOH对画眉草秸秆进行预处理,以破坏画眉草的纤维结构,促进厌氧消化的转化速率。本研究的目的包括:(1) NaOH预处理后画眉草的生物甲烷潜力分析;(2)对画眉草的NaOH预处理条件进行探讨,主要包括:预处理时间,NaOH浓度和固体浓度;(3)研究不同浓度KOH预处理条件下,不同有机负荷时画眉草的厌氧消化性能;(4)分析了碱预处理前后画眉草的主要成分和结构的变化;(5)分析在厌氧消化的末端,厌氧消化出料的肥料价值。确定了NaOH预处理后画眉草的沼气产量和甲烷产量(NaOH浓度分别为1%,2%,4%和6%,有机负荷为50 g/L,65g/L,80g/L和95 g/L)。结果表明,在有机负荷为80g/L时,采用4%的NaOH预处理,累积产气量和生物甲烷产量比未处理画眉草秸秆分别高出40.1%和48.2%。变化主要化学组成和物理微结构的分析结果表明,有4.2-22.3%三天后预处理用NaOH总木质纤维素组合物的去除。因此,氢氧化钠预处理画眉草稻草后,可以提高沼气产量和生物甲烷量,同时与未经处理的样品相比,提高了生物降解能力。采用KOH预处理画眉草的时间为4天,结果表明,在有机负荷为65g/L时,采用2%的KOH进行预处理式,与未处理相比,沼气产量和甲烷产量分别提高了51.4%和68.8%。未预处理的画眉草TS、VS去除率分别为52.4-62.3和50.4-61.4%,预处理后的TS、VS去除率达到59.9-70.7和61.6-72.2%。这主要是由于经过氢氧化钾的预处理后,画眉草的纤维素,半纤维素和木质素受到破坏,已经通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)对画眉草预处理前后的内部结构和组成的变化进行了分析。这些结果证实,KOH预处理技术可以破坏画眉草的内部纤维结构,显著改善画眉草的生物甲烷产量,提高画眉草的可生物降解性。
【学位授予单位】:北京化工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:X712;S216.4

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